【正文】 5 綜合應(yīng)用模塊eCAN接口設(shè)計與SCI和CAN的旨在系統(tǒng)間互聯(lián)不同，SPI和I2C的通信屬于芯片級的數(shù)據(jù)交換，通信無需電平轉(zhuǎn)換，因此也就無需外部的功能芯片，只要引出相應(yīng)功能引腳即可，如圖316所示。具體電路如圖313所示，每個接口包括36個通用I/O引腳和兩個電源引腳。A+/、B+/(SLO+/)、Z+/ (MA+/)信號在線纜上傳輸?shù)倪^程都是差分信號的形式，所以信號在線纜上傳輸前后都要進(jìn)行雙線差分信號與單線信號的轉(zhuǎn)換。為了節(jié)省板上空間，兩種信號的物理接口為同一個DR9母口，采用同口復(fù)用的方式，通過板上跳線進(jìn)行通信模式的選擇。外部電源的輸入由自鎖開關(guān)通斷，經(jīng)由肖特基整流二極管，防止操作失誤正負(fù)反接造成系統(tǒng)不可逆的損傷，以LED指示輸出電源是否正常。電路設(shè)計如圖39所示。為了保證FPGA全資源運(yùn)行時能有足夠的功率供給，所以兩個電源適配芯片均有備份，且二者并聯(lián)。為了節(jié)省板上空間，兩個芯片均為SOT223封裝，如圖37所示。本系統(tǒng)選定的配置芯片EPCS4支持AS和基于JTAG兩種配置模式。FPGA的特點(diǎn)之一是邏輯配置掉電丟失，因此需要專用的邏輯存儲芯片來進(jìn)行上電配置。表3 1 EP2C8Q208CN 的硬件資源邏輯單元 8256M4K RAM塊（4kb）36總比特數(shù)1658881818乘法器18PLL2最多用戶I/O管腳數(shù)182差分通道77多達(dá)182個可配置的I/O口，可以很方便地用于并行接口擴(kuò)展，降低了DSP在接口通信方面的開銷；豐富的片上存儲資源支持多種應(yīng)用方式和數(shù)字信號處理的實現(xiàn)；支持單線和低電壓差分等多種I/O通信電平標(biāo)準(zhǔn)，、LVDS、RSDS、HSTL等近20種通信電平標(biāo)準(zhǔn)。GPIO84~87引腳有內(nèi)部上拉，上電自動使能，所以當(dāng)某引腳不焊接電阻時上電采樣為高電平，焊接對地電阻時為低電平。如圖35所示，芯片U3是TI公司為其DSP設(shè)計的專用復(fù)位功能芯片，可以通過手動觸發(fā)生成200ms脈寬的方波低電平復(fù)位脈沖。雖然片上A/D模塊有參考電壓生成電路，但是易存在偏差，如圖34所示。本系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的模/數(shù)電壓源與地之間通過電感隔離的方法，在原理圖階段通過不同網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號進(jìn)行有效區(qū)別。DSP最小系統(tǒng)選用TPS767D301PWP為電源核心器件。與DSP2812相比，該芯片的有以下諸多優(yōu)點(diǎn)與性能的提升：(1) 最多可達(dá)88個通用IO引腳，功能配置靈活，復(fù)用能力強(qiáng)，外部擴(kuò)展接口XINTF擴(kuò)展為32位，且提供復(fù)用功能；(2) 3個外部中斷觸發(fā)擴(kuò)展引腳，且可以在不同IO引腳上靈活配置；(3) 存儲空間更大256KDWords、訪問更靈活，部分RAM空間提供非常有特點(diǎn)的雙映射(DualMapped)，6個DMA通道，多達(dá)18路的PWM輸出，其中6路為高精度脈寬調(diào)制信號(HRPWM)；(4) 通信接口豐富：2個CAN模塊、3個SCI模塊、2個McBSP、1個SPI及1個I2C接口，ADC轉(zhuǎn)換更精確快速；(5) 32位浮點(diǎn)數(shù)處理單元，為開發(fā)者編寫浮點(diǎn)處理算法提供了極大便利。DSP和FPGA最小系統(tǒng)模塊都分別配有獨(dú)立的電源和時鐘電路，即使脫離綜合應(yīng)用模塊依然滿足基本的運(yùn)行配置。為了實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)管理的高效性，將通過文件型數(shù)據(jù)庫來對大量的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。文件型數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)如圖24所示，與傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)對比如表21所示。本系統(tǒng)中FPGA用以擴(kuò)展與外圍功能模塊的通信接口，如獲取反饋信號、輸出控制信號、數(shù)據(jù)鎖存等，這樣就為系統(tǒng)升級、增加外設(shè)種類提供了可能性，同時當(dāng)系統(tǒng)有大量復(fù)雜算法需要運(yùn)算時，可以接受DSP分配的數(shù)據(jù)處理的任務(wù)。圖2 3 測控卡的簡易架構(gòu)現(xiàn)代DSP技術(shù)不斷發(fā)展，不僅能提供優(yōu)越的數(shù)據(jù)處理性能，而且往往片上配有豐富的集成外設(shè)，方便了基于單片DSP擴(kuò)展多種控制功能。測控卡與上位主機(jī)進(jìn)行多卡組網(wǎng)之后，其通信傳輸層采用的協(xié)議有兩種： TCP和UDP。如果采用基于修改過的以太網(wǎng)的實現(xiàn)，則必須對底層硬件進(jìn)行修改，也就是說，不能利用我們常用的PC機(jī)，需要另向各總線標(biāo)準(zhǔn)支持商購買相應(yīng)的主從站硬件，不僅增大了開發(fā)成本和開發(fā)難度，同時也降低了系統(tǒng)的通用性。 以太網(wǎng)通信方案的選擇以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)只用到了ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的7層系統(tǒng)互連模型其中的5層，如圖22(d)所示。 測控系統(tǒng)總體設(shè)計為了滿足系統(tǒng)多測控對象、大數(shù)據(jù)量的需求，系統(tǒng)設(shè)計了多終端與主控中心通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖21所示。第五章， 上位機(jī)測控系統(tǒng)軟件的設(shè)計，包括實時監(jiān)控模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和基于文件型的數(shù)據(jù)后臺處理模塊，測試網(wǎng)絡(luò)通信性能，給出系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果。論文的機(jī)構(gòu)安排為：第一章， 緒論部分，介紹本課題的背景以及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r。為了服務(wù)實驗室相關(guān)項目，同時也是為線振動與過載組合測試設(shè)備、慣性產(chǎn)品動態(tài)組合測試試驗提供測控平臺所做的預(yù)先研究，本課題設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)化測試和控制平臺的實現(xiàn)方案。嵌入式控制系統(tǒng)可以很好的克服網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的實時性障礙，但是又缺乏與外界進(jìn)行安全高速數(shù)據(jù)交互的能力，本課題尋求了另外一種折中的解決方法，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)和嵌入式控制系統(tǒng)之所長，實現(xiàn)了擁有網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互特點(diǎn)和嵌入式控制系統(tǒng)高實時性特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化嵌入式控制系統(tǒng)。嵌入式控制系統(tǒng)可以很好的克服網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的實時性障礙。遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)化在線測量與控制已經(jīng)得到多樣化的實現(xiàn)，測控系統(tǒng)逐步走向。美國國家儀器公司是專業(yè)從事的信號采集、調(diào)理與運(yùn)動控制領(lǐng)域軟硬件研發(fā)企業(yè)，上世紀(jì)八十年代提出的虛擬儀器概念引起了[8]， 其技術(shù)在業(yè)內(nèi)一直保持國際領(lǐng)先水平。虛擬儀器系統(tǒng)主要包括三大部分：測控功能軟件，高性能的模塊化硬件和集成協(xié)調(diào)軟硬件功能的平臺[12]。智能化儀器，測量儀器儀表的智能化即所謂的嵌入式系統(tǒng)的一種應(yīng)用，內(nèi)嵌的微控制器與儀器融為一體，可以實現(xiàn)較好的人機(jī)交互，擁有靈活的測量控制，能自主完成測試任務(wù)，功能多樣、使用方便，應(yīng)用廣泛，是當(dāng)前電子測量儀表的[1][5]。在不斷發(fā)展的軍事科技和不斷增長的工業(yè)需求的推動下，計算機(jī)、微電子、自動化和通信技術(shù)等領(lǐng)域成果豐碩，這對測控系統(tǒng)實現(xiàn)功能多樣化與性能的提升提供了強(qiáng)有力的支持。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。control endpoints to carry out system test, the results show that system can perfectly fulfil the tasks got from the operators and meet the design aims and needs primely.Key words: Network。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)化；信號采集；嵌入式控制；DSP+FPGAAbstractMeasurement and control are two indispensable ponents of modern engineering science and technology. Along with the rapid development of puter, network, microelectronics and new technological achievements achieved constantly, more powerful and costeffective approaches can be implemented in measurement and control system. Networkbased virtual measuring instrument and embedded control system is the development tendency of the measurement and control system. This engineering technology achievements not only can be turned into economic benefit quickly but also is of profound meaning in improving military technology and industrial production level.Combining the advantages of networkbased virtual instrument and embedded control technology, a system with network munication function, remote signal acquisition function and control function is designed. The system is designed to meet the synchronization requirement of multicontrolledplant, which has the following performance index—expandability, network munication ability, large data bandwidth, relatively wide application field. With above abilities, networkbased information interaction, embedded control, virtual presentation of operation interface could be brought to realization. Within this system, dataacquisitionamp。測控系統(tǒng)軟件由實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)后臺處理、網(wǎng)絡(luò)通信三大功能模塊組成。測控卡的功能架構(gòu)為DSP+FPGA結(jié)構(gòu)，DSP采用數(shù)據(jù)處理性能優(yōu)異、片上外設(shè)豐富的最新一代的工控專用浮點(diǎn)處理器TMS320F28335，F(xiàn)PGA選用片上邏輯資源量大、性價比高的EP2C8Q208CN。網(wǎng)絡(luò)化的虛擬信號測量儀器與嵌入式控制系統(tǒng)是當(dāng)今測控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，該工程技術(shù)領(lǐng)域的研究成果不僅能夠很快地實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的轉(zhuǎn)化，而且對提高一國的軍工科技水平和工業(yè)生產(chǎn)水平也具有深遠(yuǎn)的意義。隨著計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、微電子等領(lǐng)域的快速發(fā)展及新技術(shù)成果的不斷取得，測控系統(tǒng)也出現(xiàn)了功能更強(qiáng)大、性價比更高的實現(xiàn)方式。系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集控制卡作為測控現(xiàn)場的具體執(zhí)行端，多測控卡通過以太網(wǎng)實現(xiàn)多端點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)，通過運(yùn)行于上位機(jī)的測控系統(tǒng)軟件對整個系統(tǒng)進(jìn)行整體控制。主要的測量及控制任務(wù)通過以太網(wǎng)通信由運(yùn)行于上位機(jī)的測控系統(tǒng)軟件進(jìn)行人工操作。通過測控軟件聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場測控端執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)能很好的執(zhí)行由操作者分配的測控任務(wù)，達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。control endpoints and the other two modules. Real time monitoring module is the core of the system software and possesses the right to dominate the other two modules, and it is the interface to express functional requirement by operators. Background dataprocessing module manages system data through filefeatured database and is controlled by the monitoring module.Finally, interconnect the system software and several local dataacquisitionamp。 DSP+FPGA不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 引言 1 測量技術(shù)發(fā)展概述 1 控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析 2 課題來源及主要內(nèi)容 3第2章 測控系統(tǒng)總體實現(xiàn)方案 5 測控系統(tǒng)總體設(shè)計 5 以太網(wǎng)通信方案的選擇 6 數(shù)據(jù)采集控制卡的實現(xiàn)方案 7 文件型數(shù)據(jù)庫 8 測控軟件功能需求 9 本章小結(jié) 9第3章 數(shù)據(jù)采集控制卡的硬件設(shè)計 10 數(shù)據(jù)采集控制卡的模塊劃分 10 數(shù)據(jù)采集控制卡硬件電路設(shè)計 11 DSP模塊電路設(shè)計 11 FPGA模塊電路設(shè)計 14 綜合應(yīng)用模塊電路設(shè)計和聯(lián)調(diào) 17 以太網(wǎng)通信模塊的設(shè)計 22 以太網(wǎng)通信芯片簡介 23 以太網(wǎng)通信模塊的電路設(shè)計 23 電路設(shè)計注意事項及硬件調(diào)試方法 25 本章小結(jié) 26第4章 數(shù)據(jù)采集控制卡的軟件設(shè)計 27 QuartusII環(huán)境下FPGA多功能的實現(xiàn) 27 FPGA功能模塊概覽 28 DSP與FPGA通信模塊 29 BissC協(xié)議光柵通信模塊 30 光電編碼器信號解碼模塊 33 外部存儲器擴(kuò)展模塊 34 外部AD/DA擴(kuò)展模塊 37 多周期等精度同步測頻模塊 38 基于DDFS技術(shù)的信號發(fā)生模塊 40 數(shù)字信號處理模塊 44 CCS環(huán)境下DSP測控功能的實現(xiàn) 44 DSP程序流程 45 一種顯著提高DSP程序運(yùn)行速度的方法 46 以太網(wǎng)通信功能的實現(xiàn) 47 DSP對FPGA測控功能的控制 50 本章小結(jié) 50第5章 上位機(jī)測控系統(tǒng)軟件的設(shè)計 51 測控系統(tǒng)軟件的功能架構(gòu) 51 實時監(jiān)控模塊 51 模塊簡介 51 新建工程 52 信號測量 53 運(yùn)動控制 55 文件處理 56 網(wǎng)絡(luò)通信模塊 58 數(shù)據(jù)后臺處理模塊 60 本章小結(jié) 61結(jié) 論 62參考文獻(xiàn) 63哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明及使用授權(quán)說明 66致 謝 67附 錄 68千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。作為溝通現(xiàn)實世界與數(shù)